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查爾姆斯理工大學(xué)的研究人員在最近發(fā)表在科學(xué)雜志《自然-物理學(xué)》上的一篇文章中介紹了在計算重型穩(wěn)定元素鉛的原子核方面取得的突破。

盡管一個微觀的原子核和一個幾公里大小的中子星之間存在著巨大的尺寸差異，但基本上是相同的物理學(xué)在支配著它們的特性。其共同點是強力將原子核中的粒子--質(zhì)子和中子--固定在一起。同樣的力也阻止了中子星的坍縮。盡管強力是宇宙的基礎(chǔ)，但很難將其納入計算模型中。當(dāng)涉及到像鉛這樣的富含中子的重原子核時，情況尤其如此。因此，科學(xué)家們在具有挑戰(zhàn)性的計算中與許多未解答的問題進行了斗爭。

“為了了解強作用力在富含中子的物質(zhì)中是如何工作的，我們需要在理論和實驗之間進行有意義的比較。因此，除了在實驗室和用望遠鏡進行的觀測外，還需要可靠的理論模擬。我們的突破意味著我們已經(jīng)能夠?qū)ψ钪氐姆€(wěn)定元素--鉛進行這樣的計算，”文章的主要作者之一、查爾姆斯理工大學(xué)物理系副教授Andreas Ekstr?m說。

查爾姆斯理工大學(xué)的新計算機模型是與北美和英國的同事共同開發(fā)的，現(xiàn)在為我們指明了前進的道路。它能夠?qū)ν凰?鉛-208及其所謂的"中子皮膚"的特性進行高精度預(yù)測。

正是原子核中的126個中子形成了一個外包層，可以說是一個“皮膚”。這層“皮”有多厚，與強作用力的特性有關(guān)。通過預(yù)測中子表皮的厚度，可以增加關(guān)于強力如何工作的知識--無論是在原子核還是在中子星中。

“我們預(yù)測中子表皮出奇地薄，這可以為中子之間的力提供新的見解。我們模型的一個突破性方面是，它不僅提供預(yù)測，而且有能力評估理論上的誤差范圍。”研究負責(zé)人、查爾姆斯大學(xué)物理系教授Christian Forssén說：“這對于能夠取得科學(xué)進步至關(guān)重要。”

為了開發(fā)新的計算模型，研究人員將理論與來自實驗研究的現(xiàn)有數(shù)據(jù)相結(jié)合。然后將復(fù)雜的計算結(jié)果與之前用于模擬冠狀病毒可能傳播的統(tǒng)計方法相結(jié)合。

有了鉛的新模型，現(xiàn)在可以評估關(guān)于強力的不同假設(shè)。該模型也使得對其他原子核，從最輕到最重的原子核進行預(yù)測成為可能。

這一突破可能會導(dǎo)致更精確的模型，例如中子星，并增加對其形成過程的了解。

“我們的目標是對中子星和原子核中的強作用力的表現(xiàn)有更多的了解。”Christian Forssén說：“這使我們的研究離了解例如黃金和其他元素如何在中子星中被創(chuàng)造出來更近了一步--在最后，這是關(guān)于了解宇宙的。”